JP5200077B2 - 光学シート、面光源装置及び透過型画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、シート側面から入射した光を、側面と交差する方向に形成された出射面から出射する光学シート、面光源装置及び透過型画像表示装置に関するものである。

液晶ディスプレイ（透過型画像表示装置）の面光源装置として用いられるバックライトには、冷陰極管やＬＥＤ等の光源を光拡散板の背面側に並べて、光拡散板の背面から入射した光を正面側に出射する直下型と、冷陰極管やＬＥＤ等の光源を透明な板である導光板の側面に並べて、導光板の側面から入射した光を正面側に出射するエッジライト型とがある。従来、バックライトとして、輝度を高くできるという観点から直下型が主流であったが、近年、薄くて高輝度なＬＥＤ光源の使用が増加していることや、液晶ディスプレイの薄型化により、エッジライト型の使用割合が増加している。

エッジライト型では、導光板の背面にドット印刷を施すことで、導光板の側面から入射した光を背面で乱反射させて、正面から出射させている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開平５−１００１１８号公報 特開平５−３１３０１７号公報

近年、ディスプレイの薄型化と共に、ディスプレイの大型化が進んでいる。ディスプレイの大型化が進むと、光源の出力増加が必要となるため、導光板に印刷された印刷ドットが、パネル面（画像表示面）から視認され易くなるという問題が生じる。さらに、ディスプレイの大型化によりドット径の諧調変化を大きくつける必要があるため、光源付近の小さい径のドットが視認され易い傾向にある。また、ディスプレイの薄型化が進むと、導光板の薄肉化が進み、印刷ドットが視認され易くなるという傾向が一層強くなる。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、背面に形成された印刷ドットを正面側から見えにくくすることが可能な光学シート、これを備えた面光源装置及び透過型画像表示装置を提供すること目的とする。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、光学シート（導光板）の正面側（パネル面側）に所定の凹凸形状を付与して拡散表面とすることで、光学シートの背面に形成された印刷ドットの視認性を低下させることが可能であることを見出し、本発明に至った。

すなわち、本発明による光学シートは、シート状を成し、光を透過させる透光性樹脂から形成された光学シートであって、光源から出射された光を入射する側面と、当該側面と交差する方向に形成され、面状の光を出射する出射面と、側面と交差する方向に形成され、出射面と対向する背面と、当該背面に印刷され、側面から入射した光を出射面側へ反射させる印刷ドットと、出射面に形成され、側面から入射した光を出射可能であり、かつ、一方向に延在しており一方向に直交する方向に並列配置された複数の凸状部と、を備え、凸状部は、下記式（１）を、満たすことを特徴としている。

ただし、Ｐは、隣接する凸状部の間隔（μｍ）、Ｈは、凸状部の高さ（μｍ）、Ｔは、シート厚み（ｍｍ）である。

このような光学シートによれば、上記式（１）を満足する複数の凸状部が出射面に形成されているため、凸状部を有する凹凸形状によって光が拡散され、背面に形成された印刷ドットが分割されて小さく見えるようになる。これにより、出光面側から印刷ドットを視認しにくくすることができる。その結果、背面に形成された印刷ドットを見えにくくするとともに、光学シートの大型化、薄肉化を図ることができる。なお、ここでいう“シート状”とは、板状、フィルム状のものを含んでいる。また、“一方向に直交する方向”とは、一方向に略直交する方向を含んでいる。

また、出射面は、直交する２辺の長さ（Ｌ１×Ｌ２）が、８００ｍｍ×５００ｍｍ以上の大型サイズであることが好ましい。出射面の大型化に伴い光源の出力を増大する必要があるため、５００ｍｍ×８００ｍｍ以上の大型サイズの場合、本発明は特に有効である。

また、シート厚み（Ｔ）が１．０ｍｍ以上４．５ｍｍ以下であることが好適である。このように厚みが１．０ｍｍ〜４．５ｍｍの光学シートに、上記の凸状部が形成されていると、背面に形成された印刷ドットが好適に分割されて小さくなるため、印刷ドットがパネル面から一層見えにくくなる。

また、本発明の面光源装置は、上記の光学シートと、光学シートの側面と対向し、側面の長手方向に沿って離散的に配置された光源とを備えることを特徴としている。

このような面光源装置によれば、上記式（１）を満足する複数の凸状部が光学シートの出射面に形成されているため、光学シートの背面に形成された印刷ドットが分割されて小さく見えるようになり、出光面側から印刷ドットを視認しにくくすることができる。

また、本発明の透過型画像表示装置は、上記の光学シートと、光学シートの側面と対向し、側面の長手方向に沿って離散的に配置された光源と、面光源装置の出射面と対向して配置され、面光源装置から出射された光に照射されて画像を表示する透過型画像表示部とを備えることを特徴としている。

このような透過型画像表示装置によれば、上記式（１）を満足する複数の凸状部が光学シートの出射面に形成されているため、光学シートの背面に形成された印刷ドットが分割されて小さく見えるようになり、出光面側から印刷ドットを視認しにくくすることができる。

本発明によれば、出射面に凸状部を有する凹凸形状が形成されているため、凹凸形状によって光を拡散させることができ、背面の印刷ドットを分割して小さく見えるようにすることで、見え難いものとすることができる。

本発明に係る透過型画像表示装置の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。 本発明に係る面光源装置の一実施形態の構成を模式的に示す背面図である。 本発明に係る面光源装置の他の実施形態の構成を模式的に示す背面図である。 本発明に係る面光源装置の一実施形態の構成を模式的に示す正面図である。 本発明に係る導光板の一実施形態の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明に係る導光板の他の実施形態の構成を模式的に示す斜視図である。 図５中の凸状部をｘ軸方向から示す拡大図である。 本発明の実施形態に係る樹脂シート製造装置を示す概略構成図である。 本発明の第２実施形態に係る樹脂シート製造装置を示す概略構成図である。 本発明の第３実施形態に係る樹脂シート製造装置を示す概略構成図である。 ドット判定とＨ×Ｔ／Ｐとの関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、同一または相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

図１は、本発明に係る透過型画像表示装置の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。図１は、透過型画像表示装置１を分解して示している。

（透過型画像表示装置）
透過型画像表示装置１は、透過型画像表示部１０と、図１において透過型画像表示部１０の背面側に配置された面光源装置２０とを備えている。以下の説明では、図１に示すように、面光源装置２０と透過型画像表示部１０の配列方向をｚ方向（板厚方向）と称し、ｚ方向に直交する２方向であって互いに直交する２方向をｘ方向及びｙ方向と称す。

透過型画像表示部１０としては、例えば液晶セル１１の両面に直線偏光板１２，１２が配置された液晶表示パネルが挙げられる。この場合、透過型画像表示装置１は液晶表示装置（又は液晶テレビ）である。液晶セル１１，偏光板１２，１２は、従来の液晶表示装置等の透過型画像表示装置１で用いられているものを用いることができる。液晶セル１１としてはＴＦＴ型、ＳＴＮ型等の公知の液晶セルが例示される。

（面光源装置）
図２は、本発明に係る面光源装置の一実施形態の構成を模式的に示す背面図、図３は、本発明に係る面光源装置の他の実施形態の構成を模式的に示す背面図、図４は、本発明に係る面光源装置の一実施形態の構成を模式的に示す正面図である。面光源装置２０は、図１〜図４に示すように、導光板（光学シート）３０と、導光板３０の側面３３と対向して配置されたＬＥＤ光源（点状光源）２２とを備えている。なお、導光板３０の正面側において、導光板３０と透過型画像表示部１０との間に、各種フィルム４１が配置されている構成でもよい。各種フィルム４１としては、拡散フィルム、プリズムフィルム、輝度向上フィルムなどが挙げられる。

（光源）
ＬＥＤ光源２２は、面光源装置２０の点状光源として機能するものであり、図２に示すように、導光板３０のｙ軸方向に延在する側面３３，３３と対向して配置されている。複数のＬＥＤ光源２２は、側面３３の長手方向（ｙ軸方向）に沿って、離散的に配置されている。ＬＥＤ光源２２の配置間隔は、通常５ｍｍ〜２０ｍｍである。点状光源は、導光板３０の４辺と対向するように配置されていてもよく、ｘ軸方向に対向する２辺（図２参照）、ｙ軸方向に対向する２辺に配置されていてもよく、１辺のみに配置（図３及び図４参照）されている構成でもよい。また、点状光源は、ＬＥＤ光源に限らずその他の点状光源でもよい。さらに、光源は、点状光源に限定されず、線状光源（冷陰極管）が配置されている構成でもよい。

ＬＥＤ光源２２は、白色ＬＥＤでもよく、一つの箇所に複数のＬＥＤを配置して一つの光源単位を構成してもよい。例えば、一つの光源単位として、赤色、緑色、青色の異なる三色のＬＥＤが、近接され並べられて配置されていてもよい。そして、複数のＬＥＤを有する光源単位が、上述した配置方向に従い離散的に配置される。このような場合には、異なるＬＥＤ同士は可能な限り近づけられて配置されていることが好ましい。

ＬＥＤ光源としては、様々な出光分布を有するものが使用可能であるが、ＬＥＤ光源の法線方向（ｚ軸方向）の光度が最大であり、光度分布の半値幅が４０度以上８０以下である出光分布を有するものが、好適である。また、ＬＥＤ光源のタイプとしては、具体的に、ランバーシアン型、砲弾型、サイドエミッション型などが挙げられる。

（導光板）
導光板３０は、図２〜図４に示すように、長方形を成し、平面視形状のサイズは目的とする透過型画像表示装置１０の画面サイズに適合するように選択されるが、直交する２辺の長さ（Ｌ１×Ｌ２）は、通常２５０ｍｍ×４４０ｍｍ以上、好ましくは５００ｍｍ×８００ｍｍ以上の大型サイズであることが好ましい。導光板３０の平面視形状は、長方形に限らず、正方形としてもよいが、以下では、特に断らない限り、長方形として説明する。

導光板３０は、光を透過させる透光性樹脂から形成され板状を成している。なお、導光板３０は、シート状でもよく、フィルム状でもよい。導光板３０の厚みＴは、１．０ｍｍ以上４．５ｍｍ以下であることが好ましい。

導光板３０は、ｚ軸方向（厚み方向）に対向する一対の主面（３１，３２）、Ｘ軸方向に対向する一対の側面３３，３３、及びＹ軸方向に対向する一対の側面３４，３４を備えている。主面（３１，３２）は、側面（３３，３４）と交差する方向に形成されている。

ｚ軸方向に対向する一対の主面のうち一方の主面（３１）は、面状の光を出射可能な出射面３１として機能する。出射面３１は、透過型画像表示部１０側に配置され、他方の主面（背面３２）は、透過型画像表示部１０とは反対側に配置される。また、背面３２と対面する位置には、導光板３０内の光を出射面３１側へ反射させる反射シート４２が施工されている。

（反射加工）
また、図２及び図３に示すように、導光板３０の背面３２には、光を乱反射させる反射加工（例えばシルク印刷）が施されている。反射加工として行う印刷の方法としては、シルク印刷のほかに、インクジェット印刷を行っても良い。あるいは、反射加工の方法としては、印刷ではなく、レーザー照射によりドット形状の凹凸を付与してもよい。本実施形態の導光板３０では、反射加工として、ドットパターンが印刷されている。ドットパターンの印刷には、光を拡散させる拡散粒子を有するインクが使用されている。また、ドットパターンを構成する各ドット３８（印刷ドット）の径は、光源側から離間するにつれて大きくなるように、諧調変化がつけられている。例えば、光源から近い領域である側部近傍の領域のドット径は、５１６μｍ程度とされ、光源から最も遠い領域であるパネル中央付近の領域のドット径は、９０４μｍ程度とされ、両者の中間の領域のドット径は、７２９μｍ程度とされている。

（凹凸形状）
図５は、本発明に係る導光板の一実施形態の構成を模式的に示す斜視図、図６は、本発明に係る導光板の他の実施形態の構成を模式的に示す斜視図である。出射面３１には、ｚ軸方向の外側へ凸である複数の凸状部３５が形成されている。凸状部３５は、ｘ軸方向（一方向）に延在し、ｙ軸方向に複数並列配置されている。

また、凸状部３５の形状としては、プリズム形状、半円形状、半楕円形状などが挙げられ、１つの凸状部３５（形状単位）の中で連続的に変化する形状が好ましく、例えば、プリズム形状よりも半円形状または半楕円形状が好ましい。なお、凸状部３５の延在する方向は、光源からの光の出射方向と平行であることが好ましい。また、凸状部３５が隣接する方向（ｙ軸方向）において、隣接する凸状部３５，３５間に平面部が形成されていてもよい。

図７は、図５中の凸状部をｘ軸方向から示す拡大図である。ここで、凸状部３５は、下記式（１）を満たしている。

ただし、Ｐは、隣接する凸状部３５，３５の間隔（μｍ）、Ｈは、凸状部３５の高さ（μｍ）、Ｔは、シート厚み（ｍｍ）である。図７に示すように、間隔Ｐは、隣接する凸状部３５の頂点３５ａ，３５ａ間の距離である。凸状部３５の高さＨは、凸状部３５の下端３５ｂと頂点３５ａとの距離である。シート厚みＴは、凸状部３５の頂点３５ａと背面３２との距離である。

（導光板の構成材料）
導光板３０は、透光性樹脂から形成されている。透光性樹脂の屈折率は通常、１．４９〜１．５９である。導光板３０に使用される透光性樹脂としては、メタクリル樹脂が主として用いられる。導光板３０に使用される透光性樹脂として、その他の樹脂を用いてもよく、スチレン系の樹脂を用いても良い。透光性樹脂としては、アクリル樹脂、スチレン樹脂、カーボネート樹脂、環状オレフィン樹脂、ＭＳ樹脂（アクリルとスチレンの共重合体）などが使用可能である。

導光板を液晶表示装置（透過型画像表示装置１）に適用するにあたり、導光板３０には、光拡散剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、光重合安定剤などの添加剤が添加されていてもよい。

（導光板の成形方法）
導光板の成形方法としては、押出成形を適用することができる。図８は、本発明の実施形態に係る樹脂シート製造装置を示す概略構成図である。図８に示す樹脂シート製造装置５０は、本発明の実施形態に係る導光板３０を製造可能な装置である。樹脂シート製造装置５０は、加熱溶融状態の樹脂を連続的に押し出して連続樹脂シート６０を得るダイ５１と、ダイ５１から押し出された連続樹脂シート６０を厚み方向の両側から押圧する第１押圧ロール５２Ａ及び第２押圧ロール５２Ｂと、を備えている。

導光板３０を製造する場合には、原料となる樹脂を樹脂投入口５０から投入する。投入された樹脂は、押出機５８内で加熱され、溶融された状態でダイ５１に送られ、押し出される。ダイ５１から押し出された樹脂は、連続的にシート状となる。これにより、連続樹脂シート６０を得ることができる。

ダイ５１から押し出された連続樹脂シート６０は、第１押圧ロール５２Ａ及び第２押圧ロール５２Ｂによって、シートの厚み方向の両側から押圧され、第２押圧ロール５２Ｂ（形状ロール）の周面に形成された転写型が、連続樹脂シート６０の表面に転写される。表面に形状が施された樹脂シート６０を所定の大きさに合わせてカットし、導光板３０を得ることができる。

また、導光板を製造する装置として、図９及び図１０に示す樹脂シート製造装置５０Ｂ，５０Ｃを用いて、導光板３０の成形を行ってもよい。

図９に示す樹脂シート製造装置５０Ｂは、第２押圧ロール５２Ｂの後段に、第３押圧ロール５２Ｃを備えている。第１押圧ロール５２Ａと第２押圧ロール５２Ｂとによって、押圧された連続樹脂シート６０は、第２押圧ロール５２Ｂの周面に密着したまま搬送される。搬送された連続樹脂シート６０は、第２押圧ロール５２Ｂと第３押圧ロール５２Ｃとに挟み込まれて、再び押圧される。このように、押圧ロールによる押圧を複数回実行してもよい。

図１０に示す樹脂シート製造装置５０Ｃは、第１押圧ロール５２Ｄの前段に、予圧ロール５２Ｄを備えている。ダイ５１から押し出された樹脂は、予圧ロール５２Ｄと第１押圧ロール５２Ａとの間に挟み込まれ押圧される。このように、第１及び第２押圧ロール５２Ａ，５２Ｂによる押圧（転写）の前に、予め押圧を実行してもよい。

（作用）
このような本実施形態の導光板３０、これを備えた面光源装置２０及び透過型画像表示装置１によれば、導光板３０の側面３３に対向して配置された光源２２からの光を側面３３から入射し、この側面３３と直交する出射面３１から面状の光を出射することができる。このとき、導光板３０の側面３３から導光板３０内に入射した光の一部は、図１に示すように、背面３２の印刷ドット３８によって乱反射し、出射面側へ反射する。

本実施形態の導光板３０では、出射面３１に複数の凸状部３５が形成され、この凸状部３５が下記式（１）を満たしている。

ただし、Ｐは、隣接する凸状部の間隔（μｍ）、Ｈは、凸状部の高さ（μｍ）、Ｔは、シート厚み（ｍｍ）である。

このような凸状部３５が形成された導光板３０によれば、凸状部３５を有する凹凸形状によって光が拡散されるため、正面視において、導光板３０の背面３２の印刷ドット３８が細かく分割されたように見える。すなわち、印刷ドット３８を見えにくくすることができる。その結果、背面３２に形成された印刷ドット３８を見えにくいものとし、導光板３０の大型化、薄肉化を図ることができる。

また、このような導光板３０を備えた面光源装置２０及び透過型画像表示装置１によれば、正面視において、導光板３０の背面３２の印刷ドット３８を見えにくくすることができる。その結果、導光板３０の背面３２に形成された印刷ドット３８を見えにくいものとし、導光板３０の大型化及び薄肉化を図ることが可能であるため、面光源装置２０及び透過型画像表示装置１の大型化及び薄型化を図ることができる。

本発明の導光板３０、面光源装置２０及び透過型画像表示装置１では、印刷ドット３８を見えにくいものとし、光源の出力を増大させることができる。また、本発明の導光板３０、面光源装置２０及び透過型画像表示装置１では、ディスプレイの大型化に対応するように、ドット径の諧調変化を大きくつけることができる。また、本発明の導光板３０、面光源装置２０及び透過型画像表示装置１では、印刷ドット３８を見えにくいものとし、薄型化を図ることができる。

（実施例）
以下、本発明の光学シートの一実施例について説明する。

本発明の実施例に係る光学シート、比較例に係る光学シートを作成し、これらについて評価試験を実施した。比較例１では、アクリル樹脂（住友化学社製スミペックスＥＸＮ）を用いて光学シートを作成した。比較例１に係る光学シートは、出射面に凸状部が形成されていない平板状のものである。

比較例２−３及び実施例１−４では、透光性樹脂としてスチレン樹脂（東洋スチレン社製トーヨースチロールＨＲＭ４０）を用いて光学シートを作成した。比較例２−３及び実施例１−４に係る光学シートは、出射面に複数の凸状部が形成されている形状板である。

比較例４−６及び実施例５−１０では、透光性樹脂としてアクリル樹脂（住友化学社製スミペックスＥＸＮ）を用いて光学シートを作成した。比較例４−６及び実施例５−１０に係る光学シートは、出射面に複数の凸状部が形成されている形状板である。

比較例７−９及び実施例１１−１３では、透光性樹脂としてカーボネート樹脂（住友ダウ社製カリバー２００−３０）を用いて光学シートを作成した。比較例７−９及び実施例１１−１３に係る光学シートは、出射面に複数の凸状部が形成されている形状板である。

下記の表１に比較例１−９及び実施例１−１３の光学シートの仕様を示している。

（評価試験）
印刷ドットの視認性に関する評価試験を実施した。評価方法について、説明する。ドット径５００μｍの複数のドットが印刷された用紙を、印刷面が光学シートの背面と対面するように配置した。次に、この用紙の上に、実施例１−１３、及び比較例１−９に係る光学シートを、出射面（形状面）が上方を向くように配置した。形状面上方から、用紙に印刷されたドットがどのように見えるか確認した。

ドット判定の基準は以下の通りである。
１：１つのドットとして、見える。
２：ドットは分割されているが、一つのドットとして繋がって見える。
３：２つに分割して見える。
４：３つに分割して見える。
５：４つ以上に分割して見える。

下記の表２に評価結果を示している。

また、図１１は、ドット判定と、Ｈ×Ｔ／Ｐとの関係を示すグラフである。図１１では、横軸にＨ×Ｔ／Ｐを示し、縦軸にドット判定（１〜５）を示している。表２及び図１１に示すように、Ｈ×Ｔ／Ｐが０．２３以上である実施例１−１３では、ドット判定が“３”以上であり、凸状部３５によって印刷ドットが分割されて見えにくなることが分かった。

Ｈ×Ｔ／Ｐが０．３５以上であり、かつ、ピッチＰが５００μｍ以下（好ましい範囲）の場合には、ドット判定が“４”以上であり、凸状部３５によって印刷ドットが３つ以上に分割されて見えにくくなることが分かった。Ｈ×Ｔ／Ｐが０．５０以上（さらに好ましい範囲）の場合には、ピッチＰによらず、ドット判定が“４”以上となる。

１…透過型画像表示装置、１０…透過型画像表示部、１１…液晶セル、１２…偏光板、２０…面光源装置、２２…ＬＥＤ光源（点状光源）、３０…導光板（光学シート）、３１…出射面、３２…背面、３３…側面、３４…側面、３５…凸状部、３８…ドット。

Claims (6)

1. シート状を成し、光を透過させる透光性樹脂から形成された光学シートであって、
   光源から出射された光を入射する側面と、
   前記側面と交差する方向に形成され、面状の光を出射する出射面と、
   前記側面と交差する方向に形成され、前記出射面と対向する背面と、
   前記背面に印刷され、前記側面から入射した光を前記出射面側へ反射させる印刷ドットと、
   前記出射面に形成され、前記側面から入射した光を出射可能であり、かつ、一方向に延在しており前記一方向に直交する方向に並列配置された複数の凸状部と、を備え、
   前記印刷ドットは、前記側面から入射した光を乱反射させることにより前記出射面側へ反射させるものであり、
   前記凸状部は、下記式（１）を、満たすことを特徴とする光学シート。
   

   

   ただし、Ｐは、隣接する凸状部の間隔（μｍ）、Ｈは、凸状部の高さ（μｍ）、Ｔは、
   シート厚み（ｍｍ）である。
2. 前記印刷ドットは、光を拡散させる拡散粒子を有するインクを使用して印刷されてなる請求項１に記載の光学シート。
3. 前記出射面は、直交する２辺の長さ（Ｌ１×Ｌ２）が、５００ｍｍ×８００ｍｍ以上の大型サイズであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学シート。
4. 前記シート厚み（Ｔ）が１．０ｍｍ以上４．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の光学シート。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の光学シートと、
   前記光学シートの側面と対向し、前記側面の長手方向に沿って離散的に配置された光源とを備えることを特徴とする面光源装置。
6. 請求項１〜４の何れか一項に記載の光学シートと、
   前記光学シートの側面と対向し、前記側面の長手方向に沿って離散的に配置された光源と、
   前記光学シートの出射面と対向して配置され、前記出射面から出射された光に照射されて画像を表示する透過型画像表示部とを備えることを特徴とする透過型画像表示装置。

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